Πώς να αποκρούσετε έναν σεισμό
Θέλετε να προστατέψετε τα κτίρια από τους σεισμούς; Μετατρέψτε το γύρω έδαφος σε ελβετικό τυρί. Οι επιστήμονες έδειξαν για πρώτη φορά ότι ένα πλέγμα οπών στο έδαφος μπορεί να λειτουργήσει ως ένα είδος σεισμικού τοίχου, μια εξέλιξη που θα μπορούσε να οδηγήσει σε τεχνολογίες που προστατεύουν τα κτίρια από τους επικίνδυνους σεισμούς.
«Είναι πολύ ωραία πράγματα», λέει ο Ulf Leonhardt, θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο του St. Andrews στο Ηνωμένο Βασίλειο που δεν συμμετείχε στη μελέτη. «Είναι ένα βήμα προς τη χειραγώγηση των σεισμικών κυμάτων και γίνεται με ιδιοφυή τρόπο».
Για περισσότερο από μια δεκαετία, οι επιστήμονες χειραγωγούν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα με μεταϋλικά - συγκροτήματα αγωγών και μονωτών με μοτίβο σε κλίμακες μήκους μικρότερες από τα ίδια τα κύματα. Τα μεταϋλικά μπορούν να αλλάξουν την ταχύτητα και την κατεύθυνση των κυμάτων με παράξενους τρόπους και οι ερευνητές τα έχουν χρησιμοποιήσει για να διοχετεύουν φως γύρω από αντικείμενα στην πρώτη γενιά μανδύων αορατότητας. Οι επιτυχίες αυτών των πειραμάτων εγείρουν ένα άλλο ερώτημα:Μπορούν οι ερευνητές να χειριστούν επίσης τα μη ηλεκτρομαγνητικά σεισμικά κύματα που τίθενται σε κίνηση από έναν σεισμό; Τα μοντέλα υπολογιστών που φαντάζονταν ένα μεγαλύτερο μεταϋλικό φαινόταν να προτείνουν ότι μπορούσαν. Αλλά η νέα εργασία, από μια ομάδα μηχανικών από τη γαλλική εταιρεία βελτίωσης εδάφους Ménard και φυσικών από το Aix Marseille Université στη Γαλλία, είναι η πρώτη που δοκιμάζει έναν μανδύα σεισμικών κυμάτων.
Οι επιστήμονες δημιούργησαν το μεταϋλικό τους σε μεγάλο μέγεθος τον Αύγουστο του 2012 ανοίγοντας τρύπες σε ένα παχύ στρώμα λάσπης και πηλού κοντά στην πόλη Γκρενόμπλ στις γαλλικές Άλπεις. Οι κυλινδρικές τρύπες εκτείνονταν περίπου 5 μέτρα στη γη, αλλά ήταν επίσης λεπτές, πλάτους μόλις 32 εκατοστών. Τακτοποιήθηκαν σε ένα ορθογώνιο πλέγμα από τρεις σειρές από 10 τρύπες η καθεμία. Οι τρύπες άλλαξαν την πυκνότητα και την ακαμψία της γης και, ως εκ τούτου, την ταχύτητα και την κατεύθυνση των κραδασμών που κυματίζουν το έδαφος, σχηματίζοντας ένα σεισμικό μεταϋλικό. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες τίναξαν τη γη στη μία πλευρά του πλέγματος χρησιμοποιώντας μια δονούμενη μηχανή συμπίεσης του εδάφους που είχαν τοποθετήσει υπόγεια. Αυτό το μηχάνημα δημιούργησε 50 σεισμικά επιφανειακά κύματα ανά δευτερόλεπτο με μήκος κύματος 1,56 μέτρα - περίπου το ίδιο με την απόσταση μεταξύ των οπών, αν και μικρότερο από τα τυπικά μήκη κύματος από τους σεισμούς.
Οι αισθητήρες που τοποθετήθηκαν σε όλη την τοποθεσία έδειξαν ότι τα κύματα δεν μπορούσαν να περάσουν το πλέγμα των οπών, αντ' αυτού αναπηδούσαν από αυτό, αναφέρουν οι ερευνητές σε ένα έγγραφο που δημοσιεύτηκε στον διαδικτυακό διακομιστή προεκτύπωσης arXiv. Τα κύματα μόλις πέρασαν από τη δεύτερη σειρά τρυπών και δεν μπορούσαν καν να αγγίξουν την τρίτη σειρά, αφήνοντας το έδαφος από την άλλη πλευρά ακλόνητο.
Η μεγάλη κλίμακα του πειράματος πραγματικά ξεχωρίζει, λέει ο Στίβεν Κάμερ, μηχανικός στο Πανεπιστήμιο Duke στο Ντάραμ της Βόρειας Καρολίνας. «Αυτό που αναφέρει αυτή η ομάδα, νομίζω ότι είναι ένα πολύ σημαντικό βήμα».
Ωστόσο, το έργο δεν είναι ακόμη η γήινη πρόοδος που θα καταστήσει τους σεισμούς ακίνδυνους, λέει ο Νίκολας Φανγκ, μηχανολόγος μηχανικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης στο Κέμπριτζ. Ο Fang λέει ότι το νέο πείραμα είναι «συναρπαστικό», αλλά σημειώνει ότι δεν αντιμετωπίζει την πολυπλοκότητα των αλληλεπιδράσεων μεταξύ σεισμών και κτιρίων. Για παράδειγμα, στην περιοχή του πειράματος τα κύματα έπρεπε να πλοηγούνται μόνο με λεπτή ιλυώδη άργιλο, ενώ τα σεισμικά κύματα ενός πραγματικού σεισμού θα διέτρεχαν μια ευρεία ποικιλία πετρωμάτων, επηρεάζοντας την ισχύ και την κατεύθυνσή τους. «Πιστεύω ότι υπάρχουν μεγάλες δυνατότητες, αλλά δεν έχουμε ακόμη πλήρη απάντηση για [την προστασία των κτιρίων]».
